Ученые нашли тропинку к созданию атомарных систем хранения данных

Теоретически один атом может представлять собой один компьютерный бит — и это, как вы понимаете, приведет к созданию невероятно малых устройств хранения данных. Но заставить атом вести себя так, как нам хочется, — такое легче представить, чем сделать. Но мы катимся в светлое будущее.

На изображении выше показан сканирующий туннельный микроскоп, уловивший одиночные атомы гольмия на платиновой подложке. Это первый рабочий пример неуловимого одноатомного бита. Спасибо ученым из KIT.

Команда людей от науки из Технологического института Карлсруэ (KIT), Института физики микроструктур Макса Планка и Лейпцигского университета работает над созданием нового поколения устройств хранения данных на базе магнитной памяти. Эти среды хранения данных могут привести к смехотворно малым вычислительным устройствам. Кроме того, они могут проложить широченный путь к квантовым компьютерам — устройствам, которые будут использовать всю силу мирного атома и квантовых парадоксов на пользу людям, и как ожидается, превзойдут всю нынешнюю вычислительную мощь.

Но чтобы добиться своего, ученым нужно заставить атомы сидеть на месте и вести себя покорно. Конкретнее, им нужно убедить атомы не вращаться с такой бешеной скоростью — и как минимум на достаточно длительный период времени, чтобы устройство-накопитель было полезно нам. Но до текущего исследования ученым удавалось орудовать только с неловко слепленными вместе несколькими миллионами атомов.

В процессе нового эксперимента ученые поместили один атом гольмия на платиновую поверхность. Затем, работая при температурах, близких к абсолютному нулю, они измерили магнитную ориентацию атома с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Вглядываясь в его глазок, исследователи увидели, что на самом деле им удалось зафиксировать единичный атом на металлической поверхности — сделать его спин стабильным — на целых десять минут.

Стабилизированный «магнитный момент» был реализован за счет подавления воздействия окружающей среды на атом. Как правило, атом и электроны на металлической поверхности взаимодействуют квантово-механически, в результате чего система перестает быть стабильной. Сочетание гольмия, платины и холодной температуры сделало свое дело, нарушив нормальное взаимодействие квантовых систем. Гольмий и платина «невидимы» друг для друга. Иными словами, магнитный момент был стабилизирован путем объединения нескольких симметрий, присущих системе, включая симметрию обращения времени, внутренние симметрии общего углового момента и точечную симметрию локального окружения магнитного атома.

Ученым удалось сохранять магнитный спин системы стабильным в течение периода, который в миллиард раз дольше сопоставимых атомных систем.

Следующим шагом будет задача выяснить, как отрегулировать спин и записать полезную и извлекаемую информацию в систему, что наверняка будет возможно при использовании внешних магнитных полей. Также было бы неплохо, если бы ученым удалось сделать это в менее холодной среде.